比特币 Q 日即将来临？新的 IBM 量子芯片预计将达到另一个里程碑

简而言之

• IBM在周三推出了Nighthawk和Loon量子处理器。
• Nighthawk 的 120 量子比特和 218 耦合器支持高达 5,000 个双量子门的电路。
• IBM 旨在到 2026 年实现社区验证的量子优势，并在 2029 年前实现容错的里程碑。

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IBM在周三首次展示了其实际量子计算的下一步路线图，推出了升级的处理器、软件和制造方法，称这些将有助于推动该领域在2026年前实现经过验证的量子优势，并在2029年前达到容错的里程碑。

“量子优势”是指量子计算机在执行某项任务时，表现出传统计算机无法匹敌的能力。容错性是指量子计算机在面对错误时保持其性能稳定的能力。如果IBM的路线图有效，那么IBM的Nighthawk处理器将在本世纪末标志着朝着商用量子计算机迈出的重要一步。

尽管IBM的公告使量子计算离“Q日”更近了一步，但新处理器仍远未对保护比特币的加密构成威胁。

破解比特币的椭圆曲线密码学需要一台容错的量子计算机，约需 2,000 个逻辑量子位，考虑到误差修正后，这相当于数千万个物理量子位。量子猎鹰是一款 120 量子位的处理器，旨在处理更复杂的计算，同时保持低误差率。

不过，Q日正越来越近。第一批Nighthawk系统预计将在2025年底到达用户手中，未来的版本预计到2028年将超过1,000个连接的量子比特。该芯片通过218个可调耦合器连接每个量子比特，比IBM在2023年的前一款Heron设计多约20%。IBM表示，新的架构使电路复杂度提高了大约30%，支持最多5,000个双量子门的计算。

Nighthawk是IBM Starling路线图中的下一个阶段，这是在七月宣布的一系列步骤，旨在到2029年交付一台大规模、容错的量子计算机——IBM Quantum Starling。实现为工业应用制造可扩展量子计算机的目标需要在模块化架构和错误纠正等方面取得显著进展，这是Starling扩展中预计的其他进展。

IBM的公告紧随量子计算投资的浪潮。10月份，谷歌表示其Willow处理器实现了经过验证的量子加速，完成了一项物理模拟，比任何已知的经典超级计算机都要快。这个结果重新引发了人们对比特币加密长期安全性的担忧。

为了支持其量子雄心，IBM与Algorithmiq、Flatiron Institute和BlueQubit合作推出了量子优势跟踪器，这是一个开源平台，用于比较基准实验中的量子和经典结果。

IBM还宣布，它正在扩展其Qiskit软件以匹配新硬件。该公司表示，Qiskit中的动态电路在100量子比特的规模上提高了24%的准确性。一个新的C-API接口将Qiskit与高性能的经典系统连接起来，以加速错误缓解，IBM声称这将减少提取准确结果的成本超过100倍。

到2027年，IBM计划添加用于机器学习和优化的计算库，以帮助研究人员对物理和化学系统进行建模。

构建容错能力

IBM还宣布了其实验性Quantum Loon处理器的进展，该公司表示该处理器展示了实现容错量子计算所需的所有关键硬件组件。该芯片架构建立在其他测试系统中已证明的技术基础上，包括连接远程量子比特的长距离“c-couplers”和在操作之间重置量子比特的能力。

该公司报告错误解码性能提升了十倍，使用qLDPC代码实现了480纳秒内的实时纠错——这是它表示提前一年完成的一个里程碑。

为了加速发展，IBM将其量子芯片的生产转移到位于纽约的阿尔巴尼纳米技术综合体的300毫米晶圆生产线。它表示，这一过渡使研究速度翻了一番，芯片复杂性增加了十倍，并使得多种处理器设计能够并行开发和探索。

IBM表示，这些更新标志着在可扩展的容错量子系统方面的持续进展，并为未来几年社区验证的量子优势演示奠定了基础。

“我们相信，IBM是唯一能够快速发明和扩展量子软件、硬件、制造和纠错，以解锁变革性应用的公司，” IBM研究主任Jay Gambetta在一份声明中表示。